改革实践教学环节，加强大学生工程实践能力的培养

改革实践教学环节，加强大学生工程实践能力的培养^[1]

曹荣敏　苏　中　刘丽华　吴细宝　艾　红

（北京信息科技大学自动化学院　北京　100085）

摘要：当今世界科学技术突飞猛进，知识经济初见端倪，时代呼唤创新精神，社会需要创新人才。发展创新教育，培养创新人才是高等院校的重要使命，也是世界高等教育的发展趋势。本文探讨了实践教学环节的改革及培养自动化专业学生探究性学习和创新思维意识的方法。主要从专业理论实验、社会实践性的毕业实习、毕业设计等环节来论述，并对目前存在的问题进行了阐述。

关键词：实践素质　创新思维　自动化专业　社会实践

一、引言

随着我国社会经济与科技的发展，当今社会对所需人才的综合实践素质要求越来越高，自动化专业的大学生除具有控制理论的系统知识外，还必须具有强的动手技能和实践创新能力，才能在未来社会专业人才的竞争中占据一席之地，才能为国家的工业发展作出贡献。因此大学生创新思维和创新能力的培养显得尤为重要，是现代大学人才培养的永恒主题，而创新离不开实践。

自从改革开放以来，高等教育发展速度之快有目共睹。高等教育在规模扩大的同时，教育体系老化、无法适应社会经济与科学技术发展的矛盾日益突出。主要表现在教育体系与教学内容相对滞后，培养的人才素质与社会人力资源需求存在较大差距。学生实践知识、实践能力的缺失与不足成为制约学生综合素质提高的瓶颈。所以高等院校所面临的问题是设计制定适当的教学体系，通过有效的教学环节和教学活动，为社会输送满足要求的高素质人才。然而，由于传统的教育体制无法很快适应社会与科技迅速发展对人才要求的变化，在20世纪80年代遍及西方发达国家的教育改革潮流由此而生。以美国为代表的西方发达国家，经过多年的教育改革，尤其是高等教育的改革己见成效，基本适应了当代社会与科技发展的要求。一个显著的标志是高等教育与社会发展和工程应用、科技研发、科技产业化的结合愈来愈紧密，著名的HP公司和美国硅谷高科技产业带都是非常著名的案例。所培养的学生具有比较好的实践能力，适应社会与科技发展需要^[1]。

基于实践性教学环节的重要性日益凸显。国家投入、院校自筹资金解决实践教学环节设施、设备老化与不足的现状，使实践性教学环节实施方面的问题得到一定程度的缓解，然而硬件环境改善只是解决问题的一个方面，其作用的发挥必须通过授课教师和实验辅导教师的教学活动来实现。

自动化技术属于实践性很强的专业领域，几乎所有专业课程都不同程度地涉及相应的工程实践与实际应用。在这些课程的教学活动中，授课教师的科研与工程实践方面的经验与能力、配套的实践环节对教学过程和最终效果的影响至关重要。由于专业课的内容大量涉及科研和工程实际，如果授课教师对所讲授的内容没有相应的实践积累，那么对课程内容的理解深度肯定受到限制，课堂教学效果难免受到影响。另外，教师的实践经验与能力对实验和实践环节作用的发挥同样举足轻重。

二、课堂教学环境改革与学生探究性学习能力培养

创新思维和创新能力的培养需要有一种生动活泼的环境和氛围，鼓励学生发表自己的看法和见解，激发学生的创新热情。为此教师必须围绕富有思考性、创新性问题构建课程的学习任务，为培养这种能力提供适宜的课堂学习环节，应不断提供富有思考性、创新性的问题，让学生参与到思考、创新活动中。同时学生思维能力的促进和对创新意识的激励，不能生硬而机械地传授知识，不能对书本过分依赖，应是对学生想象和潜能的调动，是知识的阐述、理解和应用的巧妙结合^[2]。

在课堂讲解中，精心设计一些思考性、探究性的问题，让学生积极参与到教学中，以克服学生以往学习只知道“是什么”，而不知道“为什么”和“怎样解决”的问题。例如：在讲解计算机控制系统的基础概念时，为了让学生充分认识计算机控制系统与以往学过的模拟系统的不同，充分认识计算机系统的基本特点，教师首先提供一个计算机系统的实例，让学生自己分析该系统每一个环节可能实现的功能，让学生充分发挥自己的看法，然后在教师的启发下，使学生将所学的知识应用到分析问题中，最终明白计算机系统信号的特性，信号变换的过程及变换点，从而初步了解了计算机系统。在讲解过程通道时，当过程通道的具体实例讲解完后，就讲解的实例进行变换（如实例的CPU是8086，要同学们变换为8051的CPU进行改造），让同学提出新的问题，自己分析问题，并解决问题，并依据变换，进行电路的改造和软件程序的改写。此时，学生集中注意力积极思考，设计方案，提出各种看法，甚至提出一些新的设计思路，从而巩固了过程通道的知识，能够举一反三，并且很清楚地知道此种设计的目的。顺着这样的线索，使学生的思维紧紧跟着课堂内容进行，把单调的讲解变得生动有趣，同时也锻炼了学生的思维和创新意识。在这种教学模式下，教师始终以学生为主体，把探究性学习建立在充分发挥学生优势，展现学生个性和才能的空间里，使学生从积极思考、创新中得到乐趣，激发其学习的热情^[3]。

在对学生进行思维和创新能力培养的同时，也对教师提出了更高的要求，首先要大量阅读相关书籍和刊物，提高自身的专业水平。教师必须要有充分的教学准备，多方面的实践以及深厚宽广的知识基础，才能有足够的能力来设计具有思维性创造性的题目^[4]。同时为拓展学生的知识面，对于相关的知识教师应能准确告诉学生阅读的书籍和文章，并能指出所推荐书籍对问题的描述的优点及不足，以便更好地指导学生阅读有关书籍。

三、基础实验环节的改革与创新思维意识的培养

我校自动化专业每年的毕业生绝大多数直接面向社会就业，只有少部分考研和出国深造，所以我们深知培养学生实践能力的重要性。我校自高校扩招以来，就加快了实验室建设的进度，加大了实验设备的投入，先后建设了过程控制实验室、专业综合实验室、更新了电机拖动实验室设备和微机控制实验室设备，购置了化工过程仿真软件，但其与招生规模迅速扩大仍不相适应，同时，社会对人才需求的标准持续攀高，人才竞争也呈现出愈加激烈的事态。面临如此严峻的局面，我们通过如下几个方面进行改革，探索出切合实际的实验教学方法，以培养学生的创新思维意识。

3.1　提高实验教师的综合素质

随着实验教学环节在人才培养中日益突出的重要地位，实验设备的高科技含量不断增加，综合性、设计性实验比例的逐年提高，实验教学对教师综合素质的要求也越来越高，只有具有扎实理论功底和丰富科研实践经验的教师才能在教学过程中，不仅传授书本知识，而且能把自己从事研究的经验渗透到教学中，给学生以及时而正确的指导，进而培养学生发现问题、提出问题和解决问题的意识、观念和能力。所以应当推选有教学、科研经验的教师指导实验，实验指导教师应具备较高的学历，且同时承担理论教学和科研任务，具有相当高的实验教学水平，这样才能使实验教学效果得到保证。实际上，我们学校自动化专业近几年来也不断地为实验教师提供继续深造的机会，启用实验指导教师参与毕业设计指导任务，以提高他们的综合素质。

3.2　提高授课教师的实践素质

实验教学对学生加深理解相关课程的内容，牢固掌握所学知识是极为重要的。但再好的实验，也仅仅是工程应用的模仿，在形式和规模上与真正的实践活动尚有差距。授课教师良好的实践经验与素质对缩小这种差距具有重要的意义，以专业课“计算机控制系统”为例，由于该课程具有很强的工程应用背景和实践性，课程内容自始至终与实际的工程应用密切相关，不能仅仅依靠仅有的实验环节来解决所面临的实践内容教学问题。如果教师具有良好的实践素质，就能够通过自己丰富的实践经验和理论知识，深刻地理解并讲授相关教学内容，特别是通过典型的工程案例的分析，不但能够使学生理解本课程的相关内容，而且能够引导学生运用专业基础知识，如用“自动控制理论”的知识分析具体的工程问题，加深对理论知识的理解。如计算机控制系统的实验，是实际的工业控制系统的小型化、简单化、理想化，与实际的工业控制系统有较大的差距，如果教师具有良好的工程和科研实践素质，就能够克服现有实验装置、系统的不足，充分发挥现有的有限实验资源的作用，通过实践教学环节，提高理论教学效果和培养学生实践素质。如果教师缺乏相应的实践训练或根本没有相应专业的实践经验，无论是对课堂理论教学，还是实践环节的教学都会产生相应的负面影响，这对提高学生专业素质的培养都是极为不利的^[1]。

3.3　建立实验教学体系，加强综合性、设计性实验的比例

自动化专业课程群的教学目的就是使学生掌握各种控制系统的基本组成、工作原理、系统的静动态分析以及系统的设计、调试方法。而目前多数实验仍然以验证性为主，内容单一、在确定的时间内，根据实验指导书要求，在教师指导下，按既定方法、既定仪器条件，完成实验全过程。在这种模式下，学生大都处于被动学习的地位，依赖性强而独立解决实际问题的能力很差。为培养学生综合能力，应改革实验教学内容，建立完整的实验教学体系，包括基本理论演示实验、经典实验、综合性实验、探索性课程设计等。保证专业设计性、综合性实验占整个实验的70%以上。例如我们的计算机控制系统实验及课程设计，在我们新设备改造的基础上（采用了西安唐都科教仪器公司的TD-ACC 自动控制原理/计算机控制技术教学实验系统，并配以SST51系统板，可支持8051单片微机控制技术实验），重新编写了实验指导书和课程设计指导书，以电机控制系统和温度控制为主线，学生根据实验要求，利用所提供的实验设备和元器件自己设计控制系统，组建控制回路，根据所学控制算法自行编制程序进行调试。通过这样的实验和课程设计，引导学生查阅资料，自己钻研，寻求解决问题的方法，调动了学生的主观能动性，效果好^[5]。

四、加强毕业设计，培养学生综合能力

毕业设计是培养学生综合能力的重要环节之一。毕业设计环节不仅是对学生综合能力、分析问题能力、解决问题能力和动手能力的一次全面训练，也是对学生克服困难的毅力、严谨的工作作风、创新思维的科学态度的培养。所以毕业设计环节是其他教学环节的继续、补充和深化。作为教学主导型高校的自动化专业以培养工程师为主要目标，所以应使学生毕业后具有工程实践能力，以应对就业市场地需求。针对此近几年我们对毕业设计进行了改革。

4.1　从毕业设计选题入手

因为选题对培养学生的能力至关重要，选题应结合实际。结合实验室建设。我们将实验指导教师纳入我们的毕业设计指导中，使他们指导学生参与实验项目的设计和开发，例如本科生毕业设计参与了我们的自动化专业综合实验室PLC异步电机调速系统和液位控制系统的实验项目的开发和设计。结合教师的科研课题，使学生直接参与科研。在学生人数逐年增多，教师科研课题不足的情况下，我们鼓励教师与工厂、企业、科研单位联系，结合实际课题进行毕业设计，给学生安排校外指导教师，校内督导教师以保证毕业设计的顺利进行。近几年我们的毕业设计题目非常的丰富，内容涉及各个领域，使用了各种控制方法和控制设备，这样结合科研和生产实际的选题有一定的挑战性，对学生吸引力大，便于激发和提高学生的兴趣。同时学生参与科研或生产实际课题，能接触高新技术，增长知识，锻炼能力，增加在就业中的竞争力。

4.2　注重毕业设计的全过程

指导教师在大学三年级后期将毕业设计题目进行书面介绍，由学生根据自己的兴趣选择毕业设计题目和教师，最后由毕业设计指导教师根据学生报名情况最终敲定自己的学生，然后将毕业设计任务书下发，由学生自己查资料，设计方案，由指导教师和学生确定方案，最后由学生自己去购买元件、设计、制作并调试。学生遇到问题，教师给予提示后让学生自己去解决。让学生在文献和资料查阅能力、实际系统设计制作能力和发现问题、解决问题能力等各方面得到充分的锻炼。在毕业设计的前期开题、中期的检查及定期的检查过程中让学生口头汇报情况，培养学生的口头表达能力。在论文撰写中对论文内容和格式进行严格要求，力争使论文达到概念清楚、观点正确、层次分明、画图规范。重视培养学生严谨的工作作风和科学态度，打好学生撰写论文的基本功，通过狠抓这些环节，为学生走向社会打下坚实的基础。

五、目前的现状与问题

随着社会生产自动化程度的不断提高，自动控制在各行各业生产中起着越来越重要的作用，自动化专业领域对应用型人才的需求量也在日益增大，同时对应用型人才的综合应用能力和创新能力的要求越来越高。虽然国内的高等院校针对目前形式在专业教学培养计划的调整、加强专业素质的培养、面对大规模扩招后设施不足的补充等方面做出了一系列的改革，但仍然存在以下问题。

近些年来教师队伍中年轻教师数量不断增大，他们学历高，有激情，给教师队伍补充了新鲜的血液，但同时也存在一些问题，青年教师虽然理论知识强，但实践积累少、经验不足，也给实践教学效果提高和有限教学设施作用的充分发挥造成影响。在指导毕业设计过程中，年轻教师对设计题目难度、工作量把握不准，遇到问题处理经验不足的情况时有发生。这些情况对学生实践素质的培养是不利的。

生产实习是工科院校自动化专业培养合格人才的重要实践教学环节，我校自动化专业多年来在加强基础理论教学和改革实验教学的同时，克服种种困难，一直坚持安排3周的时间到长春第一汽车制造厂进行生产实习。在实习中，学生可以接触社会、开阔视野，下到各个生产车间、班组跟班劳动，学生和有丰富现场经验的工人师傅一起修设备，学到了课堂上学不到的实践知识，学生在生产第一线把理论知识应用到实践中，了解到了汽车各种零部件制造的全过程。通过邀请专业技术人员举办专题讲座，并现场回答学生的问题，学生系统地了解了PLC、数控机床等设备的安装、维护和检修的知识。通过参观奥迪、宝来生产线，了解到了现代化企业的发展状况、生产和技术体系的基本知识，了解到了现代化企业对大学生的需求，使学生树立使命感和责任感。但随着计划经济向市场经济的进一步转换，企业越来越不愿意接受学生实习，因为学生到企业实习，由于理论知识不够、实践经验缺乏，很难给企业直接创造经济效益，相反会给企业带来不便；再者，由于高校实习经费有限，付给企业的实习费用过低，对企业来讲无多大意义，近于奉献，企业担心产品质量和生产效率而不愿意接收学生上岗。随着毕业生逐年增多，生产实习的现状将更加严峻。

再好的实践教学环节，也仅仅是教学环节，与真正的科研或工程实际尚有差距，而教师良好的实践经验与素质对缩小这种差距具有重要意义，尤其对实践设施不足的教学单位更为重要^[6]。

综上所述，高校自动化专业在更新知识内容，保证课堂质量的前提下，必须注重学生实践能力的培养，加大实习训练力度，拓宽学生的知识面，提高学生的创新思维和创新能力。提高教师实践素质，发挥实验设施的作用，提高实践环节的教学效果，这是培养社会需求的高素质人才的必然。

参考文献

[1] 王再英，孙静. 教师实践素质在自动化专业学生能力培养中的作用[C]//中国自动化教育学术年会论文集. 北京：机械工业出版社，2007.

[2] 张向阳，刘鸣. 论课堂教学中的思维训练策略[J]. 高等教育研究，2001（5）：86-89.

[3] 郑征. 探究性学习与学生创新思维意识的培养[C]//中国自动化教育学术年会论文集. 北京：机械工业出版社，2007.

[4] 郑征.自动控制系统课程建设—— 教学、科研、生产三结合的改革探讨[J]. 焦作工学院学报，2001（7）：55-58.

[5] 曹荣敏.普通高校自动化专业人才培养模式及实践性教学环节的改革[C]//面向21世纪自动化教育改革的理想与实践. 西安：西北工业大学出版社，1998：38-41.

[6] 曹荣敏. 从就业现状评述学生综合能力的培养[C]//中国自动化教育学术年会论文集. 北京：机械工业出版社，2007.

【注释】

[1] 受北京信息科技大学2007教学改革项目资助。